(57)【要約】【課題】  移動格子の３軸方向の変位を測定でき、小型で安価、かつ、動作安定度の高い光電式エンコーダの提供。【解決手段】  移動格子５には、光束３が回折格子４Ａ，４Ｂで回折されて生成された６つの光束２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂが入射する。これらの光束は移動格子５でそれぞれ回折を受け、光束２１ｂ，２３ｂはほぼ同一方向に出射されて受光素子Ａで検出され、光束２１ａ，２２ｂはほぼ同一方向に出射されて受光素子Ｂで検出され、光束２２ａ，２３ａはほぼ同一方向に出射されて受光素子Ｃで検出される。受光素子Ａ，Ｂ，Ｃの出力信号に基づいて、エンコーダ処理回路７で干渉光強度の位相情報等の演算が行われ、その位相情報に基づき移動格子５のｘ軸移動情報、ｚ軸移動情報およびピッチ角度変動情報が得られる。【選択図】        図１
2005326232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の光から、互いに異なる方向に進む少なくとも第１、第２および第３の光束を生成する光学系と、
前記第１、第２および第３の光束が入射し、前記第１，第２および第３の光束の各々について０次光を含む複数の回折光をそれぞれ生成する第１の回折格子と、
（ａ）前記第１の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つと、前記第１の回折格子で生成された他の回折光の一つとにより第１の干渉光を生成し、（ｂ）前記第２の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つと、前記第１の回折格子で生成された他の回折光の一つとにより第２の干渉光を生成し、（ｃ）前記第３の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つと、前記第１の回折格子で生成された他の回折光の一つとにより第３の干渉光を生成する第２の回折格子と、
前記第１の干渉光を検出する第１の検出部と、
前記第２の干渉光を検出する第２の検出部と、
前記第３の干渉光を検出する第３の検出部と、
前記第１乃至第３の検出部の検出結果から算出される位相情報に基づく演算を行う演算部とを備え、
前記第１および第２の回折格子のうちの一方は可動物体に固定された移動格子であって、前記演算部は前記移動格子の移動方向の変位および移動格子に垂直な方向の変位を演算することを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
光源と、
前記光源の光から、互いに異なる方向に進む第１、第２、第３、第４、第５および第６の光束を生成する光学系と、
前記第１および第２の光束の入射角度平均値と、前記第３および第４の光束の入射角度平均値と、前記第５および第６の光束の入射角度平均値とが異なるように前記第１乃至第６の光束がそれぞれ入射し、前記第１乃至第６の光束の各々について０次光を含む複数の回折光をそれぞれ生成する第１の回折格子と、
（ａ）前記第１の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つと、前記第２の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つとにより第１の干渉光を生成し、（ｂ）前記第３の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つと、前記第４の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つとにより第２の干渉光を生成し、（ｃ）前記第５の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つと、前記第６の光束から生成された前記複数の回折光のいずれか一つとにより第３の干渉光を生成する第２の回折格子と、
前記第１の干渉光を検出する第１の検出部と、
前記第２の干渉光を検出する第２の検出部と、
前記第３の干渉光を検出する第３の検出部と、
前記第１乃至第３の検出部の検出結果から算出される位相情報に基づく演算を行う演算部とを備え、
前記第１および第２の回折格子のうちの一方は可動物体に固定された移動格子であって、前記演算部は前記移動格子の移動方向の変位および移動格子に垂直な方向の変位を演算することを特徴とする光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的に移動信号を生成し、これらの光電変換信号を変位情報として用いる光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ヘテロダイン干渉のビート信号を利用し、移動スケールの移動方向およびギャップ方向の検出が可能な位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この位置検出装置では、レーザ出射光に含まれる周波数ｆ１の光と周波数ｆ２の光を分離し、それらの光を±１次回折光が発生する入射角度で移動スケールに入射させる。そして、移動格子の法線方向に出射する±１次回折光を干渉させてビート信号を発生させ、この信号位相差に移動スケールの移動情報をのせている。
【０００３】
一方、ギャップ方向の計測では、周波数ｆ２の光を３次回折光が発生する角度で移動スケールに入射させると、周波数ｆ１の＋１次回折光とｆ２の−１次回折光とが干渉してビート信号が発生する。このビート信号には移動スケールの移動情報とギャップ情報とがのっているので、ここで得られる位相情報から上記移動情報を減算（または加算）することでギャップ情報を取得するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特公平６−６３７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の装置では、光源として横ゼーマンレーザ等を用いているため装置が大型になり、かつ高価であった。また、光路途中に多数の偏光素子やミラーが必要なために、光路が非常に長くなり装置が不安定になる可能性があった。さらに、従来の装置では、移動スケールの移動方向およびギャップ方向の２軸方向の情報しか得ることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明による光電式エンコーダは、光源と、光源の光から、互いに異なる方向に進む少なくとも第１、第２および第３の光束を生成する光学系と、第１、第２および第３の光束が入射し、第１，第２および第３の光束の各々について０次光を含む複数の回折光をそれぞれ生成する第１の回折格子と、（ａ）第１の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つと、第１の回折格子で生成された他の回折光の一つとにより第１の干渉光を生成し、（ｂ）第２の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つと、第１の回折格子で生成された他の回折光の一つとにより第２の干渉光を生成し、（ｃ）第３の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つと、第１の回折格子で生成された他の回折光の一つとにより第３の干渉光を生成する第２の回折格子と、第１の干渉光を検出する第１の検出部と、第２の干渉光を検出する第２の検出部と、第３の干渉光を検出する第３の検出部と、第１乃至第３の検出部の検出結果から算出される位相情報に基づく演算を行う演算部とを備え、第１および第２の回折格子のうちの一方は可動物体に固定された移動格子であって、演算部は移動格子の移動方向の変位および移動格子に垂直な方向の変位を演算することを特徴とする。
請求項１の発明による光電式エンコーダは、光源と、光源の光から、互いに異なる方向に進む第１、第２、第３、第４、第５および第６の光束を生成する光学系と、第１および第２の光束の入射角度平均値と、第３および第４の光束の入射角度平均値と、第５および第６の光束の入射角度平均値とが異なるように第１乃至第６の光束がそれぞれ入射し、第１乃至第６の光束の各々について０次光を含む複数の回折光をそれぞれ生成する第１の回折格子と、（ａ）第１の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つと、第２の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つとにより第１の干渉光を生成し、（ｂ）第３の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つと、第４の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つとにより第２の干渉光を生成し、（ｃ）第５の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つと、第６の光束から生成された複数の回折光のいずれか一つとにより第３の干渉光を生成する第２の回折格子と、第１の干渉光を検出する第１の検出部と、第２の干渉光を検出する第２の検出部と、第３の干渉光を検出する第３の検出部と、第１乃至第３の検出部の検出結果から算出される位相情報に基づく演算を行う演算部とを備え、第１および第２の回折格子のうちの一方は可動物体に固定された移動格子であって、演算部は前記移動格子の移動方向の変位および移動格子に垂直な方向の変位を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、移動格子の３軸方向の変位を測定を実現でき、かつ、光学部品点数の非常に少ない、小型で安価な光電式エンコーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明による光電式エンコーダの第１の実施の形態を示す図であり、エンコーダの主要構成を示したものである。本実施の形態のエンコーダは、光源１，コリメートレンズ２，光束分割素子として機能する回折格子４Ａおよび４Ｂ，位置測定の対象物に固定される移動格子５，干渉光を検出する受光素子Ａ，Ｂ，Ｃおよびエンコーダ処理回路６を備えている。本実施の形態では、回折格子４Ａ，４Ｂおよび移動格子５の格子ピッチはいずれもｐに設定されている。
【０００９】
図１に示すエンコーダでは、後述するように移動格子５のｘ方向とｚ方向の移動情報およびｙ軸周りの傾きであるピッチ角の変化を検出して、基準位置からのｘ位置，ｚ位置およびピッチ角を測定する。なお、エンコーダ処理回路８はエンコーダ側に設けられても良いし、エンコーダの出力信号に基づいて制御されるアクチュエータの制御回路に含まれるようにしても良い。
【００１０】
光源１から出射された光は、コリメートレンズ２により平行光とされる。なお、光源１にはレーザ光源や発光ダイオード（ＬＥＤ）等が用いられる。コリメートレンズ２により平行光とされた光束３は、第１の光束分割素子である回折格子４Ａに入射する。光束３は回折格子４Ａで０次および±１次回折を受けて３光束２１，２２，２３が生成され、光束２１は角度ａ１で、光束２１は角度０で、光束２３は角度−ａ１でそれぞれ出射される。これらの光束２１，２２，２３はさらに第２の光束分割素子である回折格子４Ｂに入射して、回折格子４Ｂによりそれぞれ２つの光束に分割される。
【００１１】
光束２１は回折格子４Ｂで＋１次回折および＋２次回折を受けて、＋１次回折を受けた光束２１ａが角度０で出射され、＋２次回折を受けた光束２１ｂが角度−ａ１方向に出射される。光束２２は回折格子４Ｂで±１次回折を受けて、光束２２ａが角度−ａ１方向に出射され、光束２２ｂが角度＋ａ１方向に出射される。光束２３は回折格子４Ｂで−１次回折および−２次回折を受けて、−１次回折を受けた光束２３ａが角度０で出射され、−２次回折を受けた光束２３ｂが角度ａ１で出射される。ここで、入射角度および出射角度については、垂線から右回りの角度をプラス方向とする。
【００１２】
これら６つの光束２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂはそれぞれ移動格子５で回折を受け、−１次回折を受けた光束２１ｂおよび＋１次回折を受けた光束２３ｂはそれぞれ角度０で受光素子Ａに入射する。また、−１次回折を受けた光束２１ａおよび０次回折光である光束２２ｂは、それぞれ角度ａ１で受光素子Ｂに入射する。さらに、０次回折光である光束２２ａおよび−１次回折を受けた光束２３ａはそれぞれ角度−ａ１で受光素子Ｃに入射する。
【００１３】
後述するように、移動格子５から出射される０次回折光２２ａ，２２ｂは移動格子５の移動の影響を受けず、±１次回折を受けた光束２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂは移動格子５の移動の影響を受けて位相がシフトする。受光素子Ａは光束２１ｂ，２３ｂの干渉光が検出される位置に配設され、受光素子Ｂは光束２１ａ，２２ｂの干渉光が検出される位置に配設され、受光素子Ｃは光束２２ａ，２３ａの干渉光が検出される位置に配設される。
【００１４】
なお、図１では、光束２１，２２，２３以降の光束については、光束の中心軸のみを記載した。このように、本実施の形態では、異なる３種類の干渉光が受光素子Ａ，Ｂ，Ｃでそれぞれ検出される。各受光素子Ａ，Ｂ，Ｃから出力される受光信号はエンコーダ処理回路６に入力され、エンコーダ処理回路６において後述する干渉光強度の位相情報等の演算が行われる。
【００１５】
《原理の説明》
上述したように、本発明のエンコーダでは、移動格子５に２つの光束１１，１２を入射し、各々の光束１１，１２に関して得られる干渉光をそれぞれ受光素子Ａ，Ｂで検出して移動格子５のｘ方向（移動方向）への移動およびｚ方向への移動を検出するようにしている。その際、移動する格子により散乱される光のドップラーシフトを利用して、移動格子の移動情報に基づいて計測を行っている。そこで、図１のエンコーダにおける計測方法を説明する前に、レーザドップラーシフトの原理について、図２の原理図を参照しながら説明する。
【００１６】
図２はドップラーシフトを説明する図であり、１００は被測定物体である。まず、被測定物体１００がｘ軸プラス方向に速度ベクトルＶＸで移動している場合について考える。この被測定物体１００に波数ベクトルＫＯの光が角度αで入射し角度β方向に散乱された光（波数ベクトルＫＳ）のドップラーシフトｆＤＸは、以下のようにして算出される。ここでは、図２に示したようにベクトルＶＸ，ＫＯ，ＫＳが同一平面（ｘｚ平面）内にある場合を考え、角度α、βはｚ軸との成す角を表している。
【００１７】
このとき、ドップラーシフトｆＤＸは次式（１）で表される。式（１）において、右辺第１式はベクトル（ＫＳ−ＫＯ）とベクトルＶＸとの内積式であり、右辺第２式、第３式は内積を具体的に計算したものである。ここで、角度θはベクトル（ＫＳ−ＫＯ）とｘ軸との成す角を表している。また、ｋは波数ベクトルＫＯ，ＫＳの絶対値である波数を表しており、その値は２π／λである。ｖＸはベクトルＶＸの絶対値である。
２πｆＤＸ＝（ＫＳ−ＫＯ）・ＶＸ
＝｜ＫＳ−ＫＯ｜×｜ＶＸ｜×cosθ
＝[２ｋcos(α/2−β/2)]×ｖＸcosθ    …（１）
【００１８】
ここで、図２の角度θを角度α、βで表すと次式（２）のようになるので、式（１）は式（３）のように変形できる。
θ＝π/2−(α/2＋β/2)      …（２）
２πｆＤＸ＝２ｋｖＸcos(α/2−β/2)×cos［π/2−(α/2＋β/2)］
＝ｋｖＸ×［sin(α)＋sin(β)］              …（３）
【００１９】
次に、被測定物体１００がｚ軸プラス方向に速度ベクトルＶＺ（｜ＶＺ｜＝ｖＺ）で移動している場合について考える。この場合も速度ベクトルＶＸの場合と同様に計算することにより散乱光のドップラーシフトｆＤＺが得られ、それは次式（４）のように表される。
２πｆＤＺ＝[２ｋcos(α/2−β/2)]×ｖＺcos(π/2−θ)
＝２ｋｖＺcos(α/2−β/2)×cos(α/2＋β/2)
＝ｋｖＺ×［cos(α)＋cos(β)］                  …（４）
【００２０】
式（３），（４）は振動数シフト量と移動速度との関係を示したものであるが、これらの両辺に時間Δｔを乗算すると、次式（５），（６）で表されるような被測定物体１００の位置変化Δｘ，Δｚと位相変化φＸ，φＺとの関係が得られる。そして、被測定物体１００がｘ方向およびｚ方向の両方向に移動している場合には、φＸとφＺとの和が散乱光の位相シフト量φとなり、式（７）のように表される。
φＸ＝ｋΔｘ×［sin(α)＋sin(β)］        …（５）
φＺ＝ｋΔｚ×［cos(α)＋cos(β)］        …（６）
φ＝ｋΔｘ×［sin(α)＋sin(β)］＋ｋΔｚ×［cos(α)＋cos(β)］    …（７）
【００２１】
ここで、被測定物体１００がピッチｐの回折格子の場合を考える。第１の光束は回折格子に入射角度α１で入射し、出射角度β方向にｎ次回折光が出射される。第２の光束は回折格子に入射角度α２で入射し、同じ出射角度β方向にｍ次回折光が出射される。各回折光の位相シフト量φ１，φ２は式（７）を用いて算出され、次式（８），（９）で与えられる。
φ１＝ｋΔｘ×［sin(α１)＋sin(β)］＋ｋΔｚ×［cos(α１)＋cos(β)］  …（８）
φ２＝ｋΔｘ×［sin(α２)＋sin(β)］＋ｋΔｚ×［cos(α２)＋cos(β)］  …（９）
【００２２】
出射角度β方向に出射された位相シフト量φ１の光束と位相シフト量φ２の光束とが干渉した場合、干渉光の位相情報ψは次式（１０）で表される。なお、ψはcos関数の位相項であるので、位相情報は絶対値情報として得られる。
ψ＝φ１−φ２
＝ｋΔｘ・[sin(α１)＋sin(β)]＋ｋΔｚ・[cos(α１)＋cos(β)]
−ｋΔｘ・[sin(α２)＋sin(β)]−ｋΔｚ・[cos(α２)＋cos(β)]
＝ｋΔｘ×［sin(α１)−sin(α２)］＋ｋΔｚ×［cos(α１)−cos(α２)］…（１０）
【００２３】
ここで、格子のピッチはｐなので、入射角度α１とｎ次回折光の出射角度βとの間には次式（１１）の関係が成り立ち、入射角度α２とｍ次回折光の出射角度βとの間には次式（１２）の関係（回折条件）が成り立つ。そして、式（１１），（１２）を式（１０）に代入すると、位相情報ψとして式（１３）を得る。
sin(α１)＋sin(β)＝ｎλ／ｐ      …（１１）
sin(α２)＋sin(β)＝ｍλ／ｐ      …（１２）
ψ＝ｋΔｘ×［sin(α１)−sin(α２)］＋ｋΔｚ×［cos(α１)−cos(α２)］
＝２π（ｎ−ｍ）Δｘ／ｐ＋ｋΔｚ×［cos(α１)−cos(α２)］      …（１３）
【００２４】
《エンコーダにおける測定方法の説明》
図１に示した本実施の形態のエンコーダでは、上述したような原理に基づいて、具体的には式（１０），（１３）により得られる位相情報を用いることによって、移動格子５のｘ方向、ｚ方向の移動情報およびピッチ角の変動情報を検出するようにしている。
【００２５】
（受光素子Ａ）
まず、受光素子Ａの干渉光強度について説明する。上述したように、移動格子５に角度−ａ１で入射した光束２１ｂは−１次回折を受けて角度０で受光素子Ａに入射し、移動格子５に角度ａ１で入射した光束２３ｂは＋１次回折を受けて角度０で受光素子Ａに入射する。このとき、入射角度ａ１と格子ピッチｐとの間には次式（１４）が成り立っている。
sin(ａ１)＝λ／ｐ      …（１４）
【００２６】
そして、上述した式（１０）のφ１を光束２３ｂの位相シフト量とし、φ２を光束２１ｂの位相シフト量とすると、α１にａ１をα２に−ａ１を代入して得られる次式（１５）により、受光素子Ａで生じる光束２１ｂと光束２３ｂとの干渉強度の位相情報ψＡが算出される。なお、式（１４）を用いて式変形を行った。
ψＡ＝ｋΔｘ×［sin(ａ１)−sin(−ａ１)］＋ｋΔｚ×［cos(ａ１)−cos(−ａ１)］
＝２ｋΔｘ×sin(ａ１)
＝４πΔｘ／ｐ                                          …（１５）
【００２７】
（受光素子Ｂ）
角度０で移動格子５に入射した光束２１ａは、−１次回折を受けて角度ａ１で出射され受光素子Ｂに入射する。一方、角度ａ１で移動格子５に入射した光束２２ｂは、０次回折光として角度ａ１で出射され受光素子Ｂに入射する。この場合、式（１０）のφ１を光束２２ｂの位相シフト量とし、φ２を光束２１ａの位相シフト量とする。位相情報ψＢは、式（１０）のα１にａ１をα２に０を代入して式（１４）を用いて変形することにより、次式（１６）のように表される。
ψＢ＝ｋΔｘ×［sin(ａ１)−sin(０)］＋ｋΔｚ×［cos(ａ１)−cos(０)］
＝ｋΔｘ×sin(ａ１)＋ｋΔｚ×［cos(ａ１)−１］
＝２πΔｘ／ｐ−ｋΔｚ×［１−cos(ａ１)］
＝２πΔｘ／ｐ−ｋΔｚ×［１−｛１−（λ／ｐ）２｝１／２］
≒２πΔｘ／ｐ−πλΔｚ／ｐ２                        …（１６）
【００２８】
（受光素子Ｃ）
角度−ａ１で移動格子５に入射した光束２２ａは、０次回折光として角度−ａ１で出射されて受光素子Ｃに入射する。一方、角度０で移動格子５に入射した光束２３ａは、＋１次回折を受けて角度−ａ１で出射され受光素子Ｃに入射する。この場合、式（１０）のφ１を光束２３ａの位相シフト量とし、φ２を光束２２ａの位相シフト量とする。位相情報ψＣは、式（１０）のα１に０をα２に−ａ１を代入して式（１４）を用いて変形することにより、次式（１７）のように表される。
ψＣ＝ｋΔｘ×［sin(０)−sin(−ａ１)］＋ｋΔｚ×［cos(０)−cos(−ａ１)］
＝ｋΔｘ×sin(ａ１)＋ｋΔｚ×［１−cos(ａ１)］
＝２πΔｘ／ｐ＋ｋΔｚ×［１−｛１−（λ／ｐ）２｝１／２］
≒２πΔｘ／ｐ＋πλΔｚ／ｐ２                              …（１７）
【００２９】
このようにして、受光素子Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれについて干渉光強度の位相情報ψＡ，ψＢ，ψＣが得られる。図１のエンコーダ処理回路６は干渉信号の位相角を計算して出力するようになっているので、各受光素子Ａ，Ｂ，Ｃの出力を処理した後にそれらの信号の四則演算を行うと、移動格子５に関するｘ軸移動情報，ｚ軸移動情報およびピッチ角度変動情報を得ることができる。
（ｘ軸移動情報）
Δｘ＝ｐψＡ／４π
（ｚ軸移動情報）
Δｚ＝（ψＣ−ψＢ）ｐ２／２πλ
【００３０】
（ピッチ角度変動情報）
上述した（ψＣ−ψＢ）は、移動格子５のｚ軸移動の平均値と考えることができる。ところで、移動格子５に関して初期状態からピッチ角度の変動が生じた場合、各ψＢ，ψＣは移動格子５上の各ビーム照射位置におけるｚ移動情報を含んでいるので式（１８），（１９）のように書ける。
ψＢ＝２πΔｘ／ｐ−πλΔｚＢ／ｐ２        …（１８）
ψＣ＝２πΔｘ／ｐ＋πλΔｚＣ／ｐ２        …（１９）
【００３１】
移動格子５上の照射位置間隔Ｄは予め分っているので、間隔ＤとΔｚＢおよびΔｚＣを用いてピッチ角の変化は次式（２０）で与えられる。
ピッチ角の変化＝tan−１［（ΔｚＣ−ΔｚＢ）／Ｄ］    …（２０）
ただし、ΔｚＣ−ΔｚＢは次式（２１）により与えられる。
ΔｚＣ−ΔｚＢ＝（ψＢ＋ψＣ−ψＡ）ｐ２／πλ    …（２１）
【００３２】
これらの値Δｘ，Δｚやピッチ角の変化は所定時間あたりの変動量を表しており、例えば、所定時間間隔で繰り返し検出する場合には時間間隔あたりの変動量を表している。そのため、移動格子５のｘ位置，ｚ位置およびピッチ角は、これらの移動情報と予め取得した基準位置とから算出することができる。基準位置としては、例えばエンコーダの電源投入時の位置などが選ばれる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、６つの光束２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂの中の少なくとも４光束の移動格子入射角が異なり、かつ、移動格子５に入射する際の光束２１ｂ，２３ｂの入射角度平均値と、光束２１ａ，２２ｂの入射角度平均値と、光束２２ａ，２３ａの入射角度平均値とが異なっていることが重要である。そして、異なる３種類の干渉光を受光素子Ａ，Ｂ，Ｃでそれぞれ検出することにより、上述したようなｘ軸移動情報、ｚ軸移動情報およびピッチ角度変動情報とを得ることができる。
【００３４】
［変形例１］
上述した実施の形態では、移動格子５を透過した光束を受光素子Ａ，Ｂ，Ｃで受光する透過型のエンコーダを構成したが、本発明は図３に示すような反射型エンコーダにも適用することができる。この場合、移動格子１５をハーフミラーで構成し、透過率が５０％で反射率が５０％になるようにする。なお、エンコーダ処理回路６については図示を省略した。光束２１ｂ、２３ｂは移動格子１５で回折反射されて受光素子Ａに入射し、光束２１ａ，２２ｂは移動格子１５で回折反射されて受光素子Ｂに入射し、光束２２ａ，２３ａは移動格子１５で回折反射されて受光素子Ｃに入射する。位相情報および移動情報については上述した実施の形態と同様に算出されるので、ここでは説明を省略する。
【００３５】
［変形例２］
図４は本発明による光電式エンコーダの第２の変形例を示す図である。なお、エンコーダ処理回路６の図示は省略した。この変形例では、光束分割素子である回折格子３０により光束３を６つの光束４１〜４６に分割するようにした。図４に示すエンコーダでは移動格子５の格子ピッチｐに対して、回折格子３０の格子ピッチを２ｐ、回折格子３１の格子ピッチをｐ／４に設定している。
【００３６】
光束４２および４５は移動格子５により同一方向に回折されて受光素子Ａに入射し、光束４１および光束４４は移動格子５により同一方向に回折されて受光素子Ｂに入射し、光束４３および光束４６は移動格子５により同一方向に回折されて受光素子Ｃに入射する。第１の実施の形態と同様に、受光素子Ａ，Ｂ，Ｃの各々について干渉強度の位相情報ψＡ，ψＢおよびψＣが得られ、それらを用いてｘ軸移動情報、ｚ軸移動情報およびピッチ角度変動情報が算出される。すなわち、３軸方向に関して計測を行うことができる。
【００３７】
上述した実施の形態は本発明の一例を説明したものであり、格子ピッチや回折光次数は上述したものに限らず、２種類の干渉強度が得られる光学系であれば同様の効果を奏することができる。そして、上述した以外にも様々な実施形態が可能であり、例えば、光束分割素子として回折格子を用いたが、プリズムやハーフミラー等を用いても良い。また、光束分割素子として２つの回折格子（４Ａ，４Ｂまたは３０，３１）を用いたが、例えば、ガラス光学素子の互いに平行な２面にこれら２種類の格子溝を形成して一体としても良い。
【００３８】
なお、光束分割素子４Ａ，３０に入射する光束は平行光で垂直入射としたが、必ずしも平行光でなくても良いし、垂直入射でなくても良い。ただし、垂直入射でない場合には、格子出射角度は対称等角とはならない。また、移動格子５とインデックス格子６を同一格子ピッチｐとしたが、必ずしも同一ピッチでなくても良い。さらに、干渉光を得るための光学系をモアレ方式や格子ピッチが異なるバーニア方式とし、受光素子Ａ，Ｂに多分割受光素子を用いるようにしても良い。また、図１，３，４において、格子４Ｂ，３１を移動格子としても良く、同様の計算により移動量が算出される。
【００３９】
なお、光源に横ゼーマンレーザ等を用いることも当然可能であり、ヘテロダイン干渉計を構築することにより高分解能なエンコーダを構成することができる。また、本光学系構成を２組用いることによって、５自由度エンコーダを構成することも可能である。
【００４０】
さらに、上述したように本発明ではレーザドップラーシフトの原理を利用して移動情報を取得しているので、本光学系構成で５自由度のレーザドップラー速度計を構築することも可能である。なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００４１】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、光束２１，２２，２３は請求項１の第１〜第３の光束を、回折格子４Ａ，３０は光学系を、回折格子４Ｂ，３１は第１の回折格子を、受光素子Ａは第１の検出部を、受光素子Ｂは第２の検出部を、受光素子Ｃは第３の検出部を、エンコーダ処理回路６は演算部を、移動格子５は第２の回折格子を、光束４１〜４６は請求項２の第１〜第６の光束をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による光電式エンコーダの第１の実施の形態を示す図であり、エンコーダの主要構成を示したものである。
【図２】ドップラーシフトの原理を説明する図である。
【図３】第１の変形例を示す図である。
【図４】第２の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  光源
２  コリメートレンズ
３，２１，２２，２３，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，４１〜４６  光束
４Ａ，４Ｂ，３０，３１  回折格子
５  移動格子
６  エンコーダ処理回路
Ａ，Ｂ，Ｃ  受光素子
【図１】
2005326232.tif 000003
【図２】
2005326232.tif 000004
【図３】
2005326232.tif 000005
【図４】
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